Estudo da diversidade genética e química de Uncaria tomentosa Willd. ex Roem. & Schult. e Uncaria guianensis Gmell. de populações naturais localizadas na Amazônia

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Efeito da fragmentação sobre a persistência de anfíbios anuros (Amphibia: Anura) na Mata Atlântica

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Hausdorff Distance evaluation of orthodontic accessories' streaking artifacts in 3D model superimposition

The aim of this study was to determine whether image artifacts caused by orthodontic metal accessories interfere with the accuracy of 3D CBCT model superimposition. A human dry skull was subjected three times to a CBCT scan: at first without orthodontic brackets (T1), then with stainless steel brackets bonded without (T2) and with orthodontic arch wires (T3) inserted into the brackets' slots. The registration of image surfaces and the superimposition of 3D models were performed. Within-subject surface distances between T1-T2, T1-T3 and T2-T3 were computed and calculated for comparison among the three data sets. The minimum and maximum Hausdorff Distance units (HDu) computed between the corresponding data points of the T1 and T2 CBCT 3D surface images were 0.000000 and 0.049280 HDu, respectively, and the mean distance was 0.002497 HDu. The minimum and maximum Hausdorff Distances between T1 and T3 were 0.000000 and 0.047440 HDu, respectively, with a mean distance of 0.002585 HDu. In the comparison between T2 and T3, the minimum, maximum and mean Hausdorff Distances were 0.000000, 0.025616 and 0.000347 HDu, respectively. In the current study, the image artifacts caused by metal orthodontic accessories did not compromise the accuracy of the 3D model superimposition. Color-coded maps of overlaid structures complemented the computed Hausdorff Distances and demonstrated a precise fusion between the data sets.

Magneto-optical Franz-Keldysh effect in graphene

In the present paper the magneto-optical Franz-Keldysh effect is predicted to occur in graphene. Explicit expressions for the energies of Landau-level excitations in a graphene monolayer in the presence of a high quantizing magnetic field and driven by an intense electromagnetic radiation are derived. The combination of both fields favors the electromagnetic blueshifts and redshifts of the Landau level and in addition, magneto-optical electron transitions between sublevels in the system can take place.

Effects of high-energy astrophysical events on habitable planets

With the possible exception of meteor impacts, high-energy astrophysical events such as supernovae, gamma-ray bursts (GRB) and flares are usually not taken into account for biological and evolutionary studies due to their low rates of occurrence. We show that a class of these events may occur at distances and time scales in which their biological effects are non-negligible, maybe more frequent than the impacts of large asteroids. We review the effects of four transient astrophysical sources of ionizing radiation on biospheres - stellar flares, giant flares from soft gamma repeaters (SGR), supernovae and GRB. The main damaging features of them are briefly discussed and illustrated. We point out some open problems and ongoing work. Received 28 February 2012, accepted 6 July 2012, first published online 10 August 2012

Reddenings of Cepheids

The aim of this work is to derive precise reddenings for 31 Cepheids using multiphase high-resolution spectroscopic observations and literature-derived colors. Each individual reddening value was determined as a difference between the observed (B - V) value and a calculated (B - V) value based on Castelli stellar model atmospheres and atmosphere parameters (effective temperature and gravity) previously determined through high-resolution spectroscopic analysis. This procedure was repeated for all pulsational phases at which spectra were obtained (typically 11 spectra for each star). After that, the mean reddening value for a given Cepheid was obtained. The reddening values derived were compared to values based on the use of distances and multiband photometry, reaching the general conclusion that reddening derived in this manner agrees with those from other methods.

EPR-Spektroskopie zur Untersuchung von Struktur und Dynamik in Polymer-Ton-Nanokompositen

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung von Struktur und Dynamik in Polymer-Ton-Nanokompositen mittels EPR-Spektroskopie; damit sollten ein Beitrag zur Analyse der Tensidschicht in solchen Systemen geleistet und die Ergebnisse anderer Messmethoden ergänzt werden. Die Tensidschicht in Polymer-Ton-Nanokompositen nimmt großen Einfluss auf das System, denn sie bestimmt die Wechselwirkung zwischen Ton und Polymer: Damit hydrophiler Ton gut mit hydrophobem Polymer (hier Polystyrol) mischbar ist, muss das Schichtsilikat zunächst mit Tensiden organisch-modifiziert werden; dies geschieht durch Kationenaustausch der Natriumionen im Ton gegen Tenside. Um mit Hilfe der EPR einen Einblick in die Tensidschicht zu gewinnen, muss etwa 1% der zur Tonmodifizierung eingesetzten Amphiphile spinmarkiert sein. So gelang es im Rahmen dieser Arbeit, Tenside mit verschiedenen Kopfgruppen, nämlich Trimethylammonium- bzw. Trimethylphosphoniumtenside, zu synthetisieren und sie an verschiedenen Positionen ihrer hydrophoben Alkylkette mit einem Nitroxidradikal zu markieren. Das Nitroxidradikal diente als Spinsonde für die EPR-Experimente. Neben der Synthese verschiedener, spinmarkierter Amphiphile, der anschließenden Darstellung organisch-modifizierten Tons (Kationenaustausch) und verschiedener Polymer-Ton-Nanokomposite (Schmelzinterkalation) wurden alle Proben mittels EPR-Spektroskopie untersucht; dabei wurden sowohl cw- als auch gepulste Messtechniken eingesetzt. Aus cw-Experimenten ging hervor, dass die Dynamik der gesamten Tensidschicht mit der Temperatur zunimmt und die Mobilität der hydrophoben Tensidalkylkette mit wachsendem Abstand zu ihrer Kopfgruppe wächst. Zugabe von Polymer behindert bei steigender Temperatur das Anschwellen des Tons bei Aufschmelzen der Tensidschicht; die Dynamik des Systems ist eingeschränkt. Mit Hilfe gepulster EPR-Messungen (ENDOR und ESEEM), die Informationen über Abstände bzw. Kontakt in den untersuchten Systemen lieferten, ließ sich ein Strukturmodell der Polymer-Ton-Nanokomposite skizzieren, das Vorstellungen anderer, älterer Methoden unterstützt: Hierbei richten sich die Tenside in Multischichten unterschiedlicher Mobilität parallel zur Tonoberfläche aus.

Solving the cooling flow problem through mechanical AGN feedback

A fundamental gap in the current understanding of collapsed structures in the universe concerns the thermodynamical evolution of the ordinary, baryonic component. Unopposed radiative cooling of plasma would lead to the cooling catastrophe, a massive inflow of condensing gas toward the centre of galaxies, groups and clusters. The last generation of multiwavelength observations has radically changed our view on baryons, suggesting that the heating linked to the active galactic nucleus (AGN) may be the balancing counterpart of cooling. In this Thesis, I investigate the engine of the heating regulated by the central black hole. I argue that the mechanical feedback, based on massive subrelativistic outflows, is the key to solving the cooling flow problem, i.e. dramatically quenching the cooling rates for several billion years without destroying the cool-core structure. Using an upgraded version of the parallel 3D hydrodynamic code FLASH, I show that anisotropic AGN outflows can further reproduce fundamental observed features, such as buoyant bubbles, cocoon shocks, sonic ripples, metals dredge-up, and subsonic turbulence. The latter is an essential ingredient to drive nonlinear thermal instabilities, which cause cold gas condensation, a residual of the quenched cooling flow and, later, fuel for the AGN feedback engine. The self-regulated outflows are systematically tested on the scales of massive clusters, groups and isolated elliptical galaxies: in lighter less bound objects the feedback needs to be gentler and less efficient, in order to avoid drastic overheating. In this Thesis, I describe in depth the complex hydrodynamics, involving the coupling of the feedback energy to that of the surrounding hot medium. Finally, I present the merits and flaws of all the proposed models, with a critical eye toward observational concordance.

Verhaltensphysiologische Analyse der visuellen Wahrnehmung räumlicher Tiefe beim Goldfisch

Die Frage, wie es zur visuellen Wahrnehmung räumlicher Tiefe kommt, wenn das Retinabild nur zweidimensional ist, gehört zu den grundlegenden Proble-men der Hirnforschung. Für Tiere, die sich aktiv in ihrer Umgebung bewegen, herrscht ein großer Selektionsdruck Entfernungen und Größen richtig einzu-schätzen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, herauszufinden, ob und wie gut Goldfische Objekte allein aufgrund des Abstandes unterscheiden können und woraus sie Information über den Abstand gewinnen. Hierzu wurde ein Ver-suchsaufbau mit homogen weißem Hintergrund entworfen, in dem die Akkom-modation als Entfernungsinformationen verwendet werden kann, weniger je-doch die Bewegungsparallaxe. Die Goldfische lernten durch operante Konditio-nierung einen Stimulus (schwarze Kreisscheibe) in einem bestimmten Abstand zu wählen, während ein anderer, gleichgroßer Stimulus so entfernt wie möglich präsentiert wurde. Der Abstand zwischen den Stimuli wurde dann verringert, bis die Goldfische keine sichere Wahl für den Dressurstimulus mehr treffen konnten. Die Unterscheidungsleistung der Goldfische wurde mit zunehmendem Abstand des Dressurstimulus immer geringer. Eine Wiederholung der Versuche mit unscharfen Stimu¬lus¬kon¬turen brachte keine Verschlechterung in der Unter-scheidung, was Akkommodation wenig wahrscheinlich macht. Um die Größen-konstanz beim Goldfisch zu testen, wurden die Durchmesser der unterschiedlich entfernten Stimuli so angepasst, dass sie für den Goldfisch die gleiche Retina-bildgröße hatten. Unter diesen Bedingungen waren die Goldfische nicht in der Lage verschieden entfernte Stimuli zu unterscheiden und somit Größenkonstanz zu leisten. Es fand demnach keine echte Entfernungsbestimmung oder Tiefen-wahrneh¬mung statt. Die Unterscheidung der verschieden entfernten Stimuli erfolgte allein durch deren Abbildungsgröße auf der Retina. Dass die Goldfische bei diesem Experiment nicht akkommodieren, wurde durch Infrarot-Photoretinoskopie gezeigt. Somit lässt sich Akkommodation für die Entfer-nungsbestimmung in diesen Versuchen ausschließen. Für diese Leistung und die Größenkonstanz ist vermutlich die Bewegungsparallaxe entscheidend.

Entwicklung eines ökotouristischen Nutzungskonzeptes für den ehemaligen Militärstandort Hjerkinn Skytefelt im Nationalpark Dovrefjell-Sunndalsfjella in Mittel-Norwegen

Der Ökotourismus hat sich in den letzten Jahren zu einer Tourismussparte entwickelt, die nicht nur immer mehr Interessenten unter den Nutzern findet, sondern auch vielfältige Forschungsmöglichkeiten eröffnet.rnAus interdisziplinärer Betrachtungsweise kann man sowohl in den Gebieten der Biologie, der Wirtschaft, der Geographie, aber auch der Politik forschend tätig werden. rnDa der Tourismus in den letzten Jahren eine immer größere Bedeutung gerade für Länder mit weitestgehend intakten Naturressourcen erlangt hat, stellt sich die Frage inwieweit die Wirtschaft eines Landes auf diese Einnahmequelle angewiesen ist und ob nicht die ökologischen Belange immer weiter in den Hintergrund treten.rnAus diesem Ansatz heraus erfolgte zunächst eine qualitative und quantitative Bestandsaufnahme, die ein klares Bild vom derzeitigen Zustand in der Region ermöglicht. Darüber hinaus werden im Rahmen der Untersuchungen Zukunftsperspektiven aufgezeigt. Diese sollen verdeutlichen, inwieweit man steuernd in solche dynamischen Entwicklungsprozesse eingreifen kann oder soll.rnDie Schwerpunkte dieser Arbeit liegen in dem Bereich der Befragung von Touristen und in der Ausarbeitung eines digitalen Geländemodells zur späteren Nutzung in einem aufzubauenden Nationalpark-Infozentrum. Auf der Grundlage dieser Untersuchungen wurde ein touristisches Nutzungskonzept entwickelt und auf seine ökologischen Umsetzungschancen hin untersucht. Der Aspekt des Ökotourismus wird einleitend erörtert und definiert. Anschließend werden die Potenziale der norwegischen Tourismuswirtschaft untersucht. Die Befragungsergebnisse sowohl der norwegischen Besucher als auch der ausländischen Touristen werden in verschiedenen Korrelationen näher untersucht.rnEin gesonderter Bereich der Untersuchungen gilt dem Problemfeld des Wildcampings in Norwegen. Die dramatischen Entwicklungen der letzten Jahre rufen immer mehr Aktivisten auf den Plan. Da die Deutschen die größte Besuchergruppe darstellen, wurden innerhalb der Jahre 2003 bis 2006 Einzelinterviews geführt, um einen Überblick über das Übernachtungsverhalten der Deutschen in Norwegen gewinnen zu können. In den vergangenen 10 Jahren sind die deutschen Besucherzahlen in Norwegen leicht rückläufig, während die der Niederländer kontinuierlich steigen.rnAuf diesen Ergebnissen basierend wurden problemzentrierte Interviews mit Wohnmobilreisenden, der größten Gruppe der Individualreisenden, durchgeführt. rnMehr als 600.000 Nächte pro Jahr verbrachten die deutschen Wohnmobilreisenden außerhalb der Campingplätze, was ökologische und ökonomische Auswirkungen hat und nicht mehr mit dem in Norwegen geltenden „Allemansrett“, dem Jedermannsrecht, vereinbar ist. rnGerade die Touristen, die mit dem Wohnmobil reisen, können nur schwer mit anderen Reisenden verglichen werden, da sie mit einer völlig anderen Reiseauffassung mehr oder weniger autark unterwegs sind. Dabei legen sie besonders große Distanzen zurück und haben sich zum Ziel gesetzt, möglichst viel in kurzer Zeit zu sehen und zu erleben. Für alle Touristengruppen wurde untersucht, auf welchem Weg die Informationen für die geplante Reise beschafft wurden. Der Reiseführer ist der hauptsächliche Informationslieferant und ist teilweise für das Verhalten der Urlauber mitverantwortlich. Es konnte festgestellt werden, dass das Image des Landes und die Reisemotive das Reiseverhalten und die Wahrnehmung determinieren. Eine Untersuchung der so genannten Pull- und Push-Faktoren ergab, dass die nahezu noch unberührte Natur, die raue Landschaft sowie Ruhe und Erholung die entscheidenden Pull-Faktoren für Norwegenreisende sind. Dabei überprägt das Image Norwegens als „wildes Naturland“ die Wahrnehmung für verschiedene Problembereiche, die in Norwegen, wie auch in vielen anderen Ländern Europas, durchaus vorhanden sind. rnProblemfelder, wie Landschaftsausbeutung, Wildcamping, reduziertes Konsumverhalten und damit einhergehende rückläufige Besucherzahlen, können aber durch innovative Tourismuskonzepte und neue Reiseformen abgebaut werden. Hierbei sind Medien, wie Reiseführer, Internet und Reisemagazine, in die Pflicht zu nehmen.

Genetic dynamics across early life stages in the tropical tree Prunus africana (Rosaceae)

In many plant species, the genetic template of early life-stages is formed by animal-mediated pollination and seed dispersal and has profound impact on further recruitment and population dynamics. Understanding the impact of pollination and seed dispersal on genetic patterns is a central issue in plant population biology. In my thesis, I investigated (i) contemporary dispersal and gene flow distances as well as (ii) genetic diversity and spatial genetic structure (SGS) across subsequent recruitment stages in a population of the animal-pollinated and dispersed tree Prunus africana in Kakamega Forest, West Kenya. Using microsatellite markers and parentage analyses, I inferred distances of pollen dispersal (father-to-mother), seed dispersal/maternal gene flow (mother-to-offspring) as well as paternal gene flow (father-to-offspring) for four early life stages of the species (seeds and fruits, current year seedlings, seedlings ≤ 3yr, seedlings > 3yr). Distances of pollen and seed dispersal as well as paternal gene flow were significantly shorter than expected from the spatial arrangement of trees and sampling plots. They were not affected by the density of conspecific trees in the surrounding. At the propagule stage, mean pollen dispersal distances were considerably (23-fold) longer than seed dispersal distances, and paternal gene flow distances exceeded maternal gene flow by a factor of 25. Seed dispersal distances were remarkably restricted, potentially leading to a strong initial SGS. The initial genetic template created by pollination and seed dispersal was extensively altered during later recruitment stages. Potential Janzen-Connell effects led to markedly increasing distances between offspring and both parental trees in older life stages. This showed that distance and density-dependent mortality factors are not exclusively related to the mother tree, but also to the father. Across subsequent recruitment stages, the pollen to seed dispersal ratio and the paternal to maternal gene flow ratio dropped to 2.1 and 3.4, respectively, in seedlings > 3yr. The relative changes in effective pollen dispersal, seed dispersal, and paternal gene flow distances across recruitment stages elucidate the mechanisms affecting the contribution of the two processes pollen and seed dispersal to overall gene flow. Using the same six microsatellite loci, I analyzed genetic diversity and SGS across five life stages, from seed rain to adults. Levels of genetic diversity within the studied P. africana population were comparable to other Prunus species and did not vary across life stages. In congruence with the short seed dispersal distances, I found significant SGS in all life stages. SGS decreased from seed and early seedling stages to older juvenile stages, and it was higher in adults than in late juveniles of the next generation. A comparison of the data with direct assessments of contemporary gene flow patterns indicate that distance- or density-dependent mortality, potentially due to Janzen-Connell effects, led to the initial decrease in SGS. Intergeneration variation in SGS could have been driven by variation in demographic processes, the effect of overlapping generations, and local selection processes. Overall, my study showed that complex sequential processes during recruitment contribute to the spatial genetic structure of tree populations. It highlights the importance of a multistage perspective for a comprehensive understanding of the impact of animal-mediated pollen and seed dispersal on spatial population dynamics and genetic patterns of trees.

Danger assessment of a spring-gun device (muzzleloader) loaded only with black powder

We report a case involving a spring-gun device (muzzleloader) loaded solely with gunpowder, installed next to shoes to prevent the neighbors' puppy from removing them. The booby trap was triggered by the 15-year-old dog-owners son when he tried to put the shoes out of the reach of the puppy. The boy suffered second degree superficial burns located mainly at the dorsal side of the right hand and fingers. To estimate the danger of the used weapon, several tests were undertaken on soap blocks from different distances and with different loads of black powder. The particle density per mm and the depth of black powder tattooing in the soap was compared with the boy's injuries, and found conclusive with the gun-owners statement regarding the loading of the weapon. Furthermore, our experiments indicated that the gunpowder load involved was not able to inflict permanent damage, not even to the eyes, at the here estimated firing distance.

Estimation of pelvic tilt on anteroposterior X-rays--a comparison of six parameters

OBJECTIVE: To compare six different parameters described in literature for estimation of pelvic tilt on an anteroposterior pelvic radiograph and to create a simple nomogram for tilt correction of prosthetic cup version in total hip arthroplasty. DESIGN: Simultaneous anteroposterior and lateral pelvic radiographs are taken routinely in our institution and were analyzed prospectively. The different parameters (including three distances and three ratios) were measured and compared to the actual pelvic tilt on the lateral radiograph using simple linear regression analysis. PATIENTS: One hundred and four consecutive patients (41 men, 63 women with a mean age of 31.7 years, SD 9.2 years, range 15.7-59.1 years) were studied. RESULTS: The strongest correlation between pelvic tilt and one of the six parameters for both men and women was the distance between the upper border of the symphysis and the sacrococcygeal joint. The correlation coefficient was 0.68 for men (P<0.001) and 0.61 for women (P<0.001). Based on this linear correlation, a nomogram was created that enables fast, tilt-corrected cup version measurements in clinical routine use. CONCLUSION: This simple method for correcting variations in pelvic tilt on plain radiographs can potentially improve the radiologist's ability to diagnose and interpret malformations of the acetabulum (particularly acetabular retroversion and excessive acetabular overcoverage) and post-operative orientation of the prosthetic acetabulum.

Comparison of common dredging equipment air emissions

The purpose of this study is to provide a procedure to include emissions to the atmosphere resulting from the combustion of diesel fuel during dredging operations into the decision-making process of dredging equipment selection. The proposed procedure is demonstrated for typical dredging methods and data from the Illinois Waterway as performed by the U.S. Army Corps of Engineers, Rock Island District. The equipment included in this study is a 16-inch cutterhead pipeline dredge and a mechanical bucket dredge used during the 2005 dredging season on the Illinois Waterway. Considerable effort has been put forth to identify and reduce environmental impacts from dredging operations. Though environmental impacts of dredging have been studied no efforts have been applied to the evaluation of air emissions from comparable types of dredging equipment, as in this study. By identifying the type of dredging equipment with the lowest air emissions, when cost, site conditions, and equipment availability are comparable, adverse environmental impacts can be minimized without compromising the dredging project. A total of 48 scenarios were developed by varying the dredged material quantity, transport distance, and production rates. This produced an “envelope” of results applicable to a broad range of site conditions. Total diesel fuel consumed was calculated using standard cost estimating practices as defined in the U.S. Army Corps of Engineers Construction Equipment Ownership and Operating Expense Schedule (USACE, 2005). The diesel fuel usage was estimated for all equipment used to mobilize and/or operate each dredging crew for every scenario. A Limited Life Cycle Assessment (LCA) was used to estimate the air emissions from two comparable dredging operations utilizing SimaPro LCA software. An Environmental Impact Single Score (EISS) was the SimaPro output selected for comparison with the cost per CY of dredging, potential production rates, and transport distances to identify possible decision points. The total dredging time was estimated for each dredging crew and scenario. An average hourly cost for both dredging crews was calculated based on Rock Island District 2005 dredging season records (Graham 2007/08). The results from this study confirm commonly used rules of thumb in the dredging industry by indicating that mechanical bucket dredges are better suited for long transport distances and have lower air emissions and cost per CY for smaller quantities of dredged material. In addition, the results show that a cutterhead pipeline dredge would be preferable for moderate and large volumes of dredged material when no additional booster pumps are required. Finally, the results indicate that production rates can be a significant factor when evaluating the air emissions from comparable dredging equipment.

Ultrasound-guided needle positioning in sensory nerve conduction study of the sural nerve

OBJECTIVES: To evaluate the usefulness of ultrasound imaging to improve the positioning of the recording needle for nerve conduction studies (NCS) of the sural nerve. METHODS: Orthodromic NCS of the sural nerve was performed in 44 consecutive patients evaluated for polyneuropathy. Ultrasound-guided needle positioning (USNP) was compared to conventional "blind" needle positioning (BNP), electrically guided needle positioning (EGNP), and to recordings with surface electrodes (SFN). RESULTS: The mean distance between the needle tip and the nerve was 1.1 mm with USNP compared to 5.1 mm with BNP (p<0.0001). The mean amplitude of the sensory nerve action potential (SNAP) was 21 microV with USNP and 11 microV with BNP (p<0.0001). Compared to BNP, nerve-needle distances and SNAP amplitudes did not improve with EGNP. SNAP amplitudes recorded with SFN were significantly smaller than with BNP, EGNP and USNP. CONCLUSION: Ultrasound increases the precision of needle positioning markedly, compared to conventional methods. The amplitude of the recorded SNAP is usually clearly greater using USNP. In addition, USNP is faster, less painful and less dependent on the patient. SIGNIFICANCE: USNP is superior to BNP, EGNP, and SFN in accurate measurement of SNAP amplitude. It has a potential use in the routine near-nerve needle sensory NCS of pure sensory nerves.